• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.23-28
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• 2019

한국해양과학기술원은 해저에서 지면 굴착 작업이 가능한 트랙 형태의 수중건설로봇 (URI-R)을 개발 중에 있다. 개발 로봇은 수중에서 굴착 작업을 수행하는 동안 강한 소음 및 진동 환경에 노출된다. 이로 인하여 음향을 이용하여 수중 위치 신호를 획득하여야 하는 개발 장비는 신호획득이 어려운 상황에 빈번하게 놓일 수 있다. 이를 극복하기 위하여 개발장비가 수중 위치 신호가 간헐적으로 들어오는 상황 속에 놓여 있어도 연속적으로 자신의 위치를 인식하는 방안을 확보하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 비용절감 및 다양한 실험케이스를 확보하기 위하여 수중 작동 특성을 모사할 수 있는 실험을 육상에서 재현하여 실험하였으며 위치 추정을 위하여 관성항법 및 위성항법신호를 사용하였다. 위치 신호획득 주기가 길어짐에 따라 자기 위치 추정에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 이를 통하여 URI-R의 연속적인 자기 위치 인식을 수행하기 위한 위치 신호획득의 최대 주기를 확인하고 이를 적용하고자 한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권10호
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• pp.39-46
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• 2019

상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 내진설계 시 지반-구조물의 상호작용이 고려되어야 한다. 무리말뚝 설계 시 지반과 구조물의 비선형 관계는 p-y 곡선이 많이 사용되고 있으며 지진과 같은 동적하중조건에서 지반-구조물의 상호작용이 고려된 동적 p-y 곡선을 무리말뚝의 내진설계에 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 연구는 말뚝 캡에 의한 지지효과 및 상부구조물의 관성거동에 의한 상호작용은 고려되지 않았다. 이에 본 연구에서는 사질토 지반에 근입된 상부구조물을 지지하는 무리말뚝에서 말뚝 캡의 변화가 무리말뚝에 미치는 영향을 확인하기 위해 말뚝의 배열 및 중심 간격은 고정하고 말뚝 캡 측면과 말뚝 중심 간격을 변화시켜 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 무리말뚝에서 말뚝 캡 측면과 말뚝 중심 간격의 변화가 말뚝의 동적 p-y 곡선 및 무리말뚝 효과에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권8호
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• pp.35-41
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• 2008

1-g 진동대 또는 지오센트리퓨지를 사용한 지반지진모사에 대한 동적모형실험을 수행할 때 층 분할된 연성전단상자가 자주 이용되고 있다. 본 연구는 3차원 수치해석기법을 이용하여 자유장, 강성토조와 층 분할된 연성전단상자내 모형지반을 각각 모델링하고 거동을 비교 분석하였다. 분석결과 강성토조의 거동과 자유장의 그것은 상당한 차이를 보이는 반면에 층 분할된 연성전단상자의 거동은 자유장과 유사한 거동을 하였다. 그러나 층 분할된 연성전단상자는 자유장에 비해 가속도가 과소평가되는 경향을 보였고, 특히 모형 중심부에서 가장자리로 갈수록 자유장의 것과 큰 차이를 보였다. 또한 층 분할된 연성전단상자는 자유장에 비해 장주기 특성을 가진 거동을 하여 지반가속도가 자유장의 그것보다 감소하는 경향을 보이는데, 이는 층 분할된 연성전단상자에서 주변지반의 강성과 관성효과가 제대로 반영되지 못해 발생하는 현상으로 판단된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.159-159
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• 2011

수자원 공급의 시 공간적 편차가 큰 우리나라에서는 수자원을 이용하기 위해서 다수의 댐을 건설하고 있다. 특히, 생활수준의 향상으로 용수 수요가 급증하였기 때문에 용수가 부족한 곳에는 광역상수도 사업 등을 통하여 용수를 공급하고 있다. 댐에서 용수가 공급되기까지의 과정은 일종의 관수로 흐름으로 생각할 수 있다. 관수로 내를 흐르는 유체가 갑자기 정지하게 되면, 유체 운동 에너지의 변화가 유발되고, 그로 인해 관내에 급격한 압력의 상승이 일어나게 된다. 반대로 정지하고 있던 유체가 빠른 속도로 흐르게 되면 압력 감소가 급격하게 발생한다. 이와 같이 유체 운동 상태의 급변에 의한 압력변화와 그에 따른 압력파가 음속의 속도로 상 하류로 전파되는 현상을 수격작용(waterhammer)이라 한다. 통상적으로 수격작용은 밸브 개폐 정도가 갑자기 바뀔 때, 펌프의 급격한 기동이나 정지 시, 터빈 내 전력소요가 갑자기 바뀔 때, 댐 수위의 갑작스런 변화, 펌프 임펠러의 진동, 물 수요의 급격한 변화 등에 의해 발생하며, 수격작용은 유체의 질량과 운동량 때문에 관 벽에 큰 힘을 가하게 되어 정상적인 동수압 보다 몇 배나 큰 압력을 발생시킴으로 관 자체는 물론 펌프, 밸브, 터빈 등 관 시설물을 파손시키거나 진동, 소음 등을 야기시킴으로 대규모 건물, 공장, 발전소 등을 설계할 경우 그에 대한 적절한 대책을 강구하여야 한다. 특히 댐에 연결된 저수지 또는 조정지로부터의 도수로가 압력수로이며 그 길이가 상당히 크면 수차가 급정지했을 경우 수격작용에 의해서 압력터널 내에 과도한 압력상승이 일어난다. 이 압력상승을 방지함과 함께 발전소 부하의 증감에 따라서 수량을 공급하거나, 흡수할 목적으로 압력도수로와 수압관과의 접합부에 자유수면이 있는 수조를 설치한다. 이것을 조압수조(surge tank)라 한다(최영박, 1979). 조압수조에서 부하의 급속한 차단에 의해서 수차로 유입될 수량이 차단되면 도수로 내로 흘러 들어온 물은 관성 때문에 수조 내의 수위를 상승시키고, 수조 수위가 어느 정도 이상으로 되어 저수지 수위 보다 상승하면 수조로의 유입이 정지하고 반대로 수조에서 저수지로 역류하여 수조수위는 하강한다. 즉, 조압수조는 도수로 내에 발생한 과도한 압력을 수조 내 수면의 승강운동을 이용하여 감소시키고 원래의 안정적인 수위로 회복시킨다. 본 연구에서는 수격작용에 대한 댐 안정성을 확보하는 수단 중의 하나인 조압수조에 대해 살펴보았다. 연구대상으로 용담댐을 선정하였다. 용담댐에 대한 기존의 검토결과 수직 갱의 지름이 5m 이상이면 조압수조의 동적안정조건을 만족 시키는 것으로 조사되었다. 댐의 설계홍수위인 EL. 265.5m를 기준으로 조압수조의 안정성을 감소시키지 않는 범위 내에서 조압수조 내 격벽 설치 유 무에 따른 수조의 최적 크기를 산정하였다. 산정결과를 분석한 결과 동일 조건에서 격벽을 설치한 경우가 격벽을 설치하지 않은 경우에 비해서 조압수조의 면적이 약 21% 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국자기학회지
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• 제27권1호
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• pp.1-8
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• 2017

플라이휠 에너지 저장 장치(Flywheel Energy Storage System, FESS)은 회전 운동 에너지를 저장하는 플라이휠 부분과 저장된 회전 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전동기/발전기 부분으로 구성된다. 일반적으로 플라이휠의 회전축은 전동기 및 발전기의 회전축과 동축 일체형으로 연결되고, 이때 전동기 및 발전기의 전자기 토크특성에 따른 동특성 변화는 전체 플라이휠 에너지 저장 장치의 충방전 특성과 기계적인 출력에 영향을 미친다. 본 논문에서는 5[kWh] 급 플라이휠 에너지 저장 장치 용 3상 유도전동기의 설계방법과 회전자 슬롯 수 변화에 따른 토크리플 특성과 고조파 영향을 중점적으로 분석하였다. 먼저, 플라이휠 에너지 저장 장치의 용량과 관성 모멘트에 의한 회전운동에너지의 관계식으로부터 플라이휠 크기와 전동기의 회전자 크기를 산정하는 방법을 제안하였다. 또한 플라이휠 에너지 저장 장치의 회전축의 고속구동 조건을 반영하여, 고속운전 영역에서의 전동기 토크리플 저감을 위한 유도전동기 회전자 슬롯수를 선정하였다. 이로부터 본 논문에서는 전동기 회전축과 동축으로 구성된 플라이휠의 소음 진동을 줄이고 고효율 충방전 특성을 구현하고자 한다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제3권4호
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• pp.241-248
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• 2015

국내 사용되고 있는 적외선 검출기 냉각용 스털링 극저온 냉동기는 상당부분 수입에 의존하고 있으며, 높은 대당 가격, 제한적인 수명 및 내구성 부족으로 지속적인 극저온 냉동기 수요가 발생하고 있다. 그런데 적외선 검출기용 극저온 냉동기 기술은 국방, 우주관련 기술로 선진국의 기술이전이나 공동 개발이 매우 제한적이다. 본 연구를 통해 개발하고자 하는 맥동관 극저온 냉동기는 저온구동부의 기계적 피스톤을 가스피스톤으로 대체하고, 압축방식을 선형압축방식으로 바꿈으로써 낮은 진동, 높은 수명 및 내구성을 확보할 수 있다. 이를 통해 맥동관 냉동기의 기술수준을 선진국에 근접시키고, 독자적인 냉각형 적외선 검출기 설계 및 제작기술에 대한 기술을 확보하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.380-388
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• 2016

마그네트 기어를 이용하면 기계적인 접촉없이 동력을 전달할 수 있다. 마그네트 기어 기반 감속 시스템에서 종동축은 구동축으로부터 분리되어있기 때문에 시스템은 제한된 공극 강성으로 부하 변화에 대응해야하는 2관성 공진 시스템이다. 종동축 즉, 저속측은 구동축 인가 토크만으로 제어되고 갑작스런 외란에 따라 일반적인 기계식 기어 시스템과 달리 과도한 진동이나 슬립이 발생할 수 있다. 따라서 저속측에 인가되는 부하 등의 외란은 실시간으로 측정되거나 추정되어야 한다. 본 논문에서는 고조파 조절기 일체형 마그네트 기어를 이용한 감속 시스템의 저속측 속도 제어를 위한 전상태 되먹임 제어기를 제안하고 이를 전산 모의 시험과 실험을 통해 검증하였다. 저속측 부하를 추정하기 위해 새로운 상태변수를 도입하여 관측기를 설계하였으며 이를 기반으로 하는 전상태 제어기를 통한 외란에 대한 강건성은 2자유도 PI 속도 제어기와 비교하였다. 상대적으로 짧은 시간안에 극의 슬립이 보정되는 것을 확인하였으며 추정된 변수는 실제 측정 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 마그네트 기어 감속기의 서보 시스템으로의 응용 가능성을 담보해주는 결과인 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권11호
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• pp.1757-1763
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• 2010

플라이휠 에너지 저장 장치는 잉여 전기를 회전관성을 통해 운동 에너지로 저장하는 장치로, 회전의 중심이 되는 축과 외부의 플라이휠로 구성이 된다. 수치해석을 위한 일반적 프로그램들은 3차원의 모델을 통하여 구조해석 및 주파수 응답 등의 해석을 수행하게 된다. 허나 상용 프로그램을 이용한 동역학적 해석의 응용은 매우 어려운 실정이며, 사용자가 그 방법을 익히는 것 또한 쉽지 않다. 이러한 문제들을 보완하고자 동역학적 해석을 위한 프로그램을 2차원의 모델을 사용하여 구축하였다. 본 논문에서 제시한 모델링은 회전체를 2차원으로 표현함으로써 3차원에 비해 시스템의 표현을 보다 단순화하여 시스템의 구조를 쉽게 이해할 수 있도록 하였으며, 회전체를 서로 다른 재질의 다중 레이어로 모델이 가능하게 하였다. 또한 축계에 추가적 강성의 영향을 줄 수 있는 열박음 부분에 대하여, 그 영향 정도를 선택적으로 입력할 수 있게 하여 열박음에 대한 효과를 조정할 수 있도록 하였다. 따라서 본 논문에서 제시하는 2차원 모델을 이용한 동특성 해석 프로그램의 해석 오차를 알아보기 위해 상용 프로그램의 해석 결과와 비교하였으며, 모델링을 위한 시간과 해석 수행 시간 역시 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권9호
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• pp.51-62
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• 2016

다양한 현장 조건에서 일어날 수 있는 건조토 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적거동을 평가하고 고찰하기 위해 3차원 수치 모델을 이용한 매개변수 연구가 수행되었다. 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 통해 시간 영역에서 이루어졌다. 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법을 적용함으로써 해석 효율을 증가시키고자 하였다. 또한, 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 개발된 수치 모델을 이용하여 상부질량의 크기, 말뚝의 길이, 두부 경계조건, 지반의 상대밀도에 대한 매개변수 연구를 수행함으로써 다양한 현장 조건에 대한 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적 거동을 평가하였다. 매개변수 연구 결과, 건조토 지반 조건에서는 상부질량에 의한 관성력이 시스템의 동적 거동에 지배적인 영향을 미침을 확인하였으며 지반에 의한 운동력의 영향은 상대적으로 적다고 평가되었다. 또한 짧은 말뚝과 긴 말뚝의 동적 거동 차이 및 말뚝두부 고정단과 자유단의 거동 차이를 해석적으로 검증하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제37권6호
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• pp.575-580
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• 2013

IMU(Inertial Measurement Unit)는 선박, 잠수함, 항공기 및 군용장비 응용분야에서 적용되어 자세 측정 영역에 주로 사용되고 있지만, 이런 IMU는 고가의 장비이기 때문에 특수 분야에서만 한정적으로 이용되어 왔다. 그러나 MEMS AHRS(MEMS : Micro Electro Mechanical System, AHRS : Attitude and Heading Reference System)의 현 기술 상황은 지능형 MEMS AHRS가 채택된 응용분야에서 가격이 높은 IMU를 대체 할 수 있는 수준에 이르고 있다. 본 논문에서는 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서를 사용한 AHRS를 이용하여 선박의 주요 운동 요소인 횡동요, 종동요, 선수동요 값을 측정할 수 있는 무선 선체 운동 측정 시스템을 개발하였다. 또한 AHRS 센서가 발생시키는 오차인 순간 가속도, 지자기의 영향 및 진동에 대응하기 위하여 칼만 필터링 기능이 탑재된 센서를 적용함으로서 최적의 성능을 실현하고자 하였다. 본 연구에서 구현한 AHRS 센서를 이용한 무선 선체 운동 측정 시스템을 이용하여 실선 실험을 실행하였으며, 선박의 제한적인 설치 상황에서도 편리하게 적용할 수 있을 것으로 보여진다. 향후 이 시스템이 선박에서 INS(Integrated Navigation System) 및 VDR(Voyage Data Recorder)과 같은 선박 장비와 호환되어 활용될 경우 항해 안전과 해양사고 분석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.